Rauschunterdrücken bei Turbofan-Triebwerken
Derzeit werden konventionelle perforierte Akustikauskleidungen in den heißen Umgebungen von Flugtriebwerken eingesetzt, um den Lärm zu mindern. Die gegenwärtige Auskleidungstechnologie für den Triebwerkseingang erfüllt jedoch nicht die thermischen und andere funktionale Anforderungen in Bezug auf heiße Abgase in Turbinen. Eine neue Auskleidung ermöglicht die Verwendung von akustischen Absorbern auch in heißen Bereichen des Motors, was das Rauschen aus dem Kernkanal (hot streams) deutlich reduziert. Im Rahmen des Projekts HOSTEL (Integration of a hot stream liner into the turbine exit casing (TEC)), integrierten Forscher erfolgreich einen Schalldämpfer in die Turbinenaustrittsgehäusestruktur eines Flugzeugtriebwerks. Das HOSTEL-Auskleidungskonzept beruhte auf einer oberen Auskleidungsbaugruppe, die aus einer dünnen Metallschaumschicht in Kombination mit einem Lochblech besteht. Bisherige Forschungsansätze hatten gezeigt, dass ein derartiger Aufbau eine gute akustische Leistung erbringt, die nahezu unabhängig von Strömungen und Temperatur ist. Die Metallschaumschicht wird zu einer klassischen Wabensandwichstruktur verlötet und bis zu einem vorbestimmten Grad zusammengepresst. So steigert man den akustischen Widerstand und die Nichtlinearität der unteren Auskleidung in Hinsicht auf Strömungs- und Temperaturschwankungen. Die Forscher verwendeten geeignete Legierungen auf Nickelbasis für die Auskleidung bei einer typischen Temperatur von etwa 700 °C. Dazu gehörten Inconel 625, das für die festen und perforierten Bleche sowie am Wabenkern verwendet wird. Außerdem wurde eine Simulationstechnik - eine linearisierte Frequenzbereichsformulierung der Navier-Stokes-Gleichungen - erfolgreich angewendet, um die Kanal-Aeroakustik von Blenden und Bereichserweiterungen zu validieren. Die Methode erwies sich als äußerst zeitsparend und konnte die akustische Ausbreitung in Kanälen mit Strömen und feiner Geometrie genau simulieren. Die Forschungsergebnisse sollen Projektpartnern helfen, eine hybride akustische Auskleidung auf Frequenzen des SAGE4 (Sustainable and Green Engine 4) Geared Turbofan-Demonstrators, der eine Niederdruckturbine hat, genau abzustimmen. Die Forschung sollte auch helfen, akustische Auskleidungen zu entwickeln, die die thermischen und anderen funktionalen Anforderungen für die Bereitstellung leiser Flugzeuge erfüllen.
Schlüsselbegriffe
Lärm, Turbofantriebwerke, akustische Auskleidung, Turbinen, Heißströmen
